Инфракрасное излучение
Что это
Энергия, которая распространяется как электромагнитная волна
Нужна ли среда?
Нет: проходит через вакуум
Пример, который их различает: пульт излучает инфракрасные лучи, но на ощупь не горячий
Урок 6 · Излучение Не начат
Главная идея. Видимый свет — это узкая полоса гораздо более широкого семейства излучений, которые упорядочиваются по длине волны и энергии.
Этот урок открывает модуль об излучении. Мы будем пользоваться одной новой идеей: длиной волны — расстоянием между двумя гребнями волны (NASA Science, Anatomy of an Electromagnetic Wave).
| Опыт | Что ты замечаешь | Какое излучение участвует |
|---|---|---|
| День на пляже без солнцезащитного крема | Через несколько часов — солнечный ожог | Ультрафиолет (UVB) |
| Смотришь на красный и на синий предмет | Разные цвета | Видимый свет |
| Нажимаешь кнопку пульта от телевизора | Невооружённым глазом ничего, но телевизор переключает канал | Инфракрасное излучение, около 940 нм |
Источники: ВОЗ, Radiation: Ultraviolet (UV) (UVB и ожог); NASA Science, Infrared Waves (пульт на 940 нм).
Все три — явления одного рода: электромагнитное излучение, энергия, которая распространяется как волна и которой не нужна среда, поэтому она может проходить через пустое пространство (NASA Science, Anatomy of an Electromagnetic Wave). Различает их длина волны.
Если расположить излучения от большей длины волны к меньшей, энергия меняется в обратную сторону: «энергия растёт по мере того, как длина волны укорачивается» (NASA). В символах, где $\lambda$ (лямбда) — длина волны, а $E$ — энергия:
Единицы меняются в зависимости от области, потому что длины волн бывают от километров до долей нанометра:
| Область | Длина волны | Энергия по сравнению с видимым светом | Пример из жизни | Что оно делает с веществом |
|---|---|---|---|---|
| Радиоволны | от $1\ \mathrm{cm}$ до $1\ \mathrm{km}$ | Намного меньше | Радио | — |
| Микроволны | граница не указана; печь использует около $12\ \mathrm{cm}$ | Меньше | Микроволновая печь | Заставляют вращаться молекулы воды и жира, и еда нагревается |
| Инфракрасное | от $1$ до $100\ \mu\mathrm{m}$ (Земля излучает от $8$ до $15\ \mu\mathrm{m}$) | Меньше | Пульт; обогреватель | При поглощении частично ощущается как тепло |
| Видимое | от $380$ до $700\ \mathrm{nm}$ | — | Цвета | Его воспринимает глаз |
| Ультрафиолет | от $100$ до $400\ \mathrm{nm}$ | Больше | Солнечный ожог | Может повреждать ДНК и обжигать кожу |
| Рентгеновское | от $0{,}03$ до $3\ \mathrm{nm}$ | Намного больше | Рентгеновский снимок | Проходят через кожу; кости поглощают их сильнее |
| Гамма-излучение | самые короткие (в источнике числа нет) | Самая большая из всех | Радиоактивный распад | — |
Две детали, на которые стоит обратить внимание, потому что источники не полностью совпадают:
Многие говорят: «инфракрасное — это тепло». Это две разные вещи:
Что это
Энергия, которая распространяется как электромагнитная волна
Нужна ли среда?
Нет: проходит через вакуум
Пример, который их различает: пульт излучает инфракрасные лучи, но на ощупь не горячий
Что это
Энергия, которая передаётся от одного тела к другому, у которого температура ниже
Нужна ли среда?
Зависит от способа передачи
Пример, который их различает: прикоснувшись к горячей кастрюле, ты получаешь тепло через контакт
Тело может излучать инфракрасные лучи и не быть горячим на ощупь: ты сам излучаешь инфракрасное излучение (NASA Science, Infrared Waves). И ощущать тепло — не то же самое, что получать инфракрасное излучение: часть поглощённого тобой инфракрасного излучения ощущается как тепло, но тепло приходит и через контакт. Инфракрасное излучение — это способ переноса энергии; теплота — это передача энергии между телами с разной температурой.
Оба невидимы, но находятся по разные стороны от видимой области. Озон и другие газы атмосферы поглощают весь UVC и большую часть UVB (ВОЗ). Это никак не связано с инфракрасным излучением Земли, которое разбирается на уроках 7 и 6. Запомни это различие: «озоновая дыра» и «парниковый эффект» говорят о двух разных излучениях.
Прежде чем трогать: ультрафиолет на ползунке находится слева или справа от видимой области? Запиши и проверь.
Источники симулятора: NASA Imagine the Universe, The Electromagnetic Spectrum; NASA Science, Visible Light, Infrared Waves, Microwaves, X-rays и Gamma Rays; ВОЗ, Radiation: Ultraviolet (UV). Заштрихованные зоны — границы, которые источники не указывают.
В завершение: найди 940 нм пульта. Почему симулятор предупреждает, что граница там не указана?
Видимый свет, радиоволны, инфракрасное и рентгеновское излучение — не разные вещи. Всё это электромагнитное излучение, и различаются они только длиной одного цикла волны.
Если поместить длинную волну сверху, а короткую снизу, обе распространяются с одной и той же скоростью — скоростью света. Меняется длина волны. И главное правило такое: чем короче волна, тем больше энергии она несёт.
От самой длинной к самой короткой полосы идут так: радиоволны, микроволны, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение. Чем дальше вправо, тем короче волна и тем больше энергия.
Посмотри, где находится видимая область: это узкая полоса, зажатая между инфракрасным и ультрафиолетовым излучением. Всё, что по сторонам, — тоже излучение; просто наши глаза его не воспринимают.
Этой шкалой мы будем пользоваться весь модуль, потому что парниковый эффект зависит именно от разницы между двумя полосами: Солнце посылает нам в основном видимое излучение, а Земля отдаёт в основном инфракрасное.
Источники анимации: NASA Science, Introduction to the Electromagnetic Spectrum. Схема, не в реальном масштабе: полосы нарисованы одинаковой ширины, хотя реальный диапазон охватывает пятнадцать порядков величины.
Дополнительно: интерактивные симуляторы по теме этого урока. Можно открыть до или после объяснения.
Этот урок
Пройди по спектру с помощью ползунка — от ультрафиолета до микроволн.
Открыть симулятор →
Урок 8
Направляй разное излучение на молекулы воздуха и смотри, какие его поглощают.
Открыть симулятор →
Урок 8
Симулятор проф. Федерико Гарбери: молекулы воздуха, четыре вида излучения и задание.
Открыть симулятор →
Для каждой длины волны укажи, к какой области она относится, какой наблюдаемый эффект вызывает и почему. Используй таблицу областей.
Утверждение, которое нужно защитить: ультрафиолетовое и инфракрасное излучение не вызывают одинакового вреда и одинакового эффекта, хотя оба невидимы.
Восемь вопросов. Когда выбираешь вариант, появляется объяснение: прочитай его, даже если ответил правильно.
Загрузка вопросов…